中英高中物理教材圖像系統的對比分析

圖形表征是指問題表征在頭腦中的信息通過圖片、圖像、示意圖等形式表現出來.相較于文字形式的信息，教科書中的圖像以二維形式呈現，改變傳統逐行閱讀模式，拓寬視覺信息接收范圍.信息呈現方式（純文字、純圖像、圖文結合）的不同會影響學習效果.對教材中的圖像功能最早進行系統研究是在20世紀7O年代.Duchastel與Levin在綜合前人成果后，將插圖功能劃分為認知性和非認知性兩個維度，具體涵蓋注意力吸引、方向指示及情感激發三大功能.Mayer多媒體學習理論的完善，開始提出裝飾型、表征型等五大插圖功能類別.而香港研究人員黃顯華、霍秉坤所進行的調研，進一步認證了這一分類體系的合理性.實驗研究對插圖功能作出新分類，歸納出插圖的三大主要功能：裝飾美化功能、文本強化與總結功能及認知輔助功能，此外還包括知識準確傳遞和信息豐富擴充功能.這些學者從不同角度推進了圖像表征研究的進展.需要說明的是，鑒于該領域的廣泛性和活躍性，還有眾多研究者在此方向作出了重要探索.本研究采用跨國比較的研究方法，對其電學章節的圖像系統進行形式與功能的雙維度分析.

1 分析工具

在研究方法上，本研究采用了Sough及其合作者開發的圖形分析協議作為分析工具.Levin等人在他們對圖片功能的實證驗證的元分析中使用了功能分類方法.GAP有“圖像的形式”和“圖像的功能”兩個一級維度，有關圖像的形式包含：實物場景圖、模式示意圖和數學函數圖，涵蓋八個次級子類.Levin和他的同事們并沒有根據插圖的定義結構進行分組，而是將插圖從修飾性、表征性、結構性、闡釋性和轉化性五個維度構建圖像表征分類體系，以系統解析現代教科書圖像的核心特征.借鑒Guo、Levin等學者的分類框架，本研究聚焦于不同圖像類型在教學實踐中的功能定位.

1. 1 圖像的形式

（1）物理實物情境圖：此類圖像以攝影或繪圖形式記錄真實實驗場景及實體對象，磁場分布示意圖（如鐵屑排列形成的磁感線）則能直觀解釋安培環路定理.能夠幫助學生建立具象認知.

（2）物理模型示意圖：這種圖像形式是通過繪圖或模擬等方式構建的物理模型的示意圖.將實際元件簡化為理想化符號（忽略電池內阻的電動勢符號 E ），通過對比含容電路充放電過程，物理模型示意圖可以幫助學生抓住關鍵的物理特征和關系，更好地理解和應用物理理論.

（3）物理數學函數圖：通過繪制數學函數曲線或圖形表示物理量之間的數學關系，通過函數可視化呈現電學定量規律.可以展示物理規律、函數關系、變化趨勢等.物理數學函數圖可以幫助學生理解和掌握物理量之間的數學關系，以及在不同條件下的變化規律

1.2 圖像的功能

（1）修飾性功能：教科書中，部分圖像承擔著美化頁面的功能，通過色彩搭配、構圖設計等，營造出舒適的閱讀氛圍，吸引學生的目光.是為了增強教材的趣味性和可讀性，而非用來傳遞具體的知識內容，讓學生更愿意翻開書本.

（2）表示功能：這類圖像可以直觀地展示物理概念、物理現象、實驗裝置等.學生可以通過圖像更直觀地理解抽象的物理概念，從更廣闊的視角理解物理現象，從而加深對知識的理解和記憶，

（3）組織功能：圖像最大的作用，就是幫學生整理教科書里的知識.在教材里合理插入圖像，學生能將前后概念關聯起來，搭建自己的知識框架，理解不同概念之間的聯系.這樣一來，學生對學科知識的理解不再停于表面，而是能深入把握知識結構，學習效率大大提高.

（4）解釋功能：用于解釋復雜的物理概念和理論模型.通過圖像的簡化和圖解，使教科書可以更清晰地呈現抽象的物理概念，為師生構建起理解物理現象的橋梁，促使復雜的物理機制和原理以直觀、易懂的方式呈現，極大提升教學互動中知識傳遞和吸收的效率.

綜上所述，通過將抽象知識具體展示，有效提升學生的學習興趣與學習效果，進一步增強教科書的教育價值與吸引力.

2 分析方法

基于內容分析方法，本研究對中國兩套及英國一套高中物理教材電學主題的正文圖像進行了系統比較.

2. 1 研究對象

在教材樣本的篩選過程中，研究重點考量了兩個關鍵因素：在高中物理教材研究中，教材的普及度與社會認可度，對研究樣本的選擇起著關鍵性作用，其中，人教版和魯科版高中物理教材，在全國范圍內的使用量極高，在社會中獲得了廣泛的關注及認可.這兩套教材在編寫過程中，均突出理論與實踐相結合的原則，穿插豐富的生活案例，引導學生開展科學探究，對學生思維能力的提升有著積極的推動作用，因而本研究選取其為研究對象.英國物理教科書選取《Cambridge一CIE-Physics》（第四版）.課本全面覆蓋物理核心概念，注重實驗、應用.研究選取的三套教材在知識體系編排上存在差異.為確保研究數據的可比性，我們對部分非常規章節進行了必要篩選，統計數據顯示，研究樣本共包含120個圖像表征案例，具體分布為：人教版教材40例 （33.3% ）、魯科版教材34例 （28.3% 、英國教材46例 （38.3%） 。

2.2 分析過程

本研究采用嚴格的統計標準對三版教材電學部分的插圖進行系統分析，統計范圍涵蓋封面、正文及習題等全部版面內容.在數據處理過程中執行以下規范：（1）重復出現的相同插圖（含圖名、圖注完全一致者）僅作單次統計；（2）組合插圖若在形式標記維度存在類別差異（如人教版必修3第45頁圖 10.5-1 含甲乙兩幅子圖），按實際插圖數量統計；（3）同類別組合圖（如粵教版必修3第19頁電場力做功示意圖）作單幅統計.根據研究對插圖的明確定義，公式框（如人教版必修3第29頁電勢公式框）及特殊版式文本（如粵教版必修2第27頁角速度 V 形標題）均不計入統計范疇.

3 分析結果

為了回答研究問題，本研究從圖像形式和圖像功能兩個方面展開分析，結果如下：

3.1 圖像的形式分析結果

有關圖像的形式指標包含：實物情境圖、模式示意圖、數學函數圖.分析中得出在人教版中，物理應用圖的使用較為平衡，且占比最高，可能強調了將物理概念應用于實際情境中.魯科版相較于其他兩個版本更強調物理應用圖，顯示了對物理概念在實際應用中的強調.英國版在物理應用圖的使用上遠遠超過其他兩個版本，強調了物理知識在實際生活和應用中的重要性，而示范實驗圖和實驗器材圖的使用相對較低.綜上，人教版強調學生如何理解實驗過程和具體操作，通過實驗裝置示意圖可以幫助學生掌握實驗步驟.魯科版可能更注重學生認知實際器材和實驗操作，強調實驗的實際應用.英國版則更強調呈現具體實驗裝置和操作，相對較少強調物理現象的圖示，可能更注重學生實踐操作的能力.在幾何圖像的使用上，魯科版相對較高，可能強調幾何形狀在物理概念中的表達.人教版和A一LEVEL版在幾何圖像的使用上較為保守.綜上，人教版和A一LEVEL版在數學模型圖像的使用上相對較為相似，都強調將物理概念與數學模型結合，而魯科版相對較低.A一LEVEL版對曲線和圖表的使用較為突出，可能反映了對實驗數據和物理概念的圖形化呈現的強調.魯科版相對強調幾何圖像的使用，更注重幾何形狀在物理概念中的表達.

3.2 圖像的功能

通過分析圖像的功能比較的數據結果，有關圖像的裝飾功能方面，魯教版教科書的裝飾型插圖的用量是最多的，數量高達127個，出現在每節知識內容之前、迷你實驗室、拓展一步、節練習等位置，主要體現自然導入，引導學生認真看，仔細琢磨，理解其思想內涵的功能.由于高中生較初中生心理更加成熟，所以簡單的裝飾畫與教學內容關聯性不大，無法達到上述目的.建議在高中教科書中應該插入更多具有引導功能的且與教學內容聯系緊密的裝飾畫，而不是純粹的裝飾畫.人教版教科書的裝飾型插圖與教學內容緊密結合.例如人教版必修三第12章第4節的課文插圖展現了太陽能的轉化.這種具有實際情境的圖片形象直觀，在本研究中，系統化教學設計提供了核心策略，引導學生構建具有清晰邏輯的知識體系.大量課堂實踐驗證，以直觀現象為切入點，相比傳統導入方法成效更為突出.其一，顯著降低了學生的認知負荷，提升知識記憶效率；其二，能激發探究興趣有效維持學習動機.國際教材中的裝飾性插圖具有以下教學價值：（1）將抽象物理概念具象化，通過生活化場景促進概念理解；（2）提供豐富的課外探究素材，拓展學習時空；（3）作為重要的教學媒介，能顯著提升課堂參與度與學習積極性.這些可視化資源為實施情境教學提供了有力支持，

4結語

在針對圖像形式與功能的研究過程中，本研究對三套分屬中國和英國的高中物理教科書電學部分圖像表征進行了分析和對比.研究顯示，各套教科書圖像表征特色鮮明，在某些方面也有高度的一致性.

在圖像的形式方面，（1）插圖設計差異：中英兩國物理教科書明顯區別于插圖設計方面，英國教材喜歡用簡化的圖表和符號講解抽象概念，描繪電路、電場這類知識.而中國教材常用實際生活場景或示意圖幫助學生理解電學概念.這種差異的出現，和兩國不同的教育理念、文化背景有關.（2）比較圖像質量：學生通過圖像理解知識時，圖像質量具有重要意義.我們得出結論，英國物理教科書插圖的圖像質量普遍維持在較高水準.這些插圖分辨率較高，合理設置對比度，清晰還原圖像細節.（3）圖像多樣性：英國教科書在電學內容的圖像多樣性上相對較低，往往集中在基礎概念的插圖表達上.中國教科書則注重圖像的多樣性，涵蓋了更廣泛的電學應用和實例.多樣的插圖能夠幫助學生更好地理解電學的實際應用和相關概念.（4）圖像與文本的關聯性：圖像與文本的關聯性對于學生的學習和理解至關重要.研究發現，英國教科書中的圖像與文本緊密關聯，圖像往往作為解釋和補充文本的方式存在.相比之下，中國教科書中的圖像與文本之間的關聯性較弱，圖像多偏向獨立存在.

本研究顯示，在電學內容的圖像表征中英兩國高中物理教科書存在明顯差異.中英兩國教科書在圖像的形式方面存在顯著差異.這些差異極可能對學生的學習和理解產生影響，未來在教科書設計方面應該充分考慮圖像表征的優化，以提高學生的學習效果.

【本文系吉林省高等教育學會課題“數字化時代混合教學模式研究\"（項目編號：JGJX一2023D326）的階段性成果】

參考文獻：

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